基于氣相離子遷移譜對不同文冠果茶揮發性成分的分析

王磊，路昌，劉莉，趙立強，解孝滿，于梅*，趙永軍*

（1.山東省林草種質資源中心暖溫帶林草種質資源保存與利用國家林業和草原局重點實驗室，山東 濟南 250102；2.山東農業工程學院食品科學與工程學院，山東 濟南 250100；3.山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014；4.山東海能科學儀器有限公司，山東 德州 251500）

文冠果[Xanthoceras sorbifolia Bunge（yellowhorn）]，為無患子科文冠果屬灌木或小喬木[1]。《全國中草藥匯編》等文獻記載文冠果枝葉花等均具有藥用價值，可祛風濕，用于風濕性關節炎[2-3]。現代藥理研究證明，文冠果葉中含有的黃酮和楊梅樹皮苷等物質，具有殺菌、調節血壓等作用[4-7]；花中含有的茯苓苷、白蠟樹皮苷和七葉苷等，具有解熱、安眠、抗痙攣等作用，能夠有效調節生物鐘、改善睡眠[8-10]。以文冠果的葉、花蕾等為材料，經過采收、干燥、加工后制作而成的保健飲品，因其獨特功效和風味[13]，已經開發形成一系列文冠果茶、油、藥等產品[11-12]。雖然我國西北地區長期以來都有飲用文冠果葉、花茶的習慣，但對于文冠果花茶風味的主體成分，以及加工工藝對花茶和葉茶風味的影響報道較少。僅陳金華等[14]對文冠果茶與文冠果金花散茶的分析和胡楊等[15]對不同時期文冠果花揮發性成分及其釋放規律的報道，不能滿足文冠果茶產品深入開發的理論支撐和加工工藝指導。氣相色譜-離子遷移譜法（gas chromatography ion mobility spectrometry，GC-IMS）是一種新興的氣相分離檢測技術，被廣泛應用于酒、中藥、海產品、茶葉、乳制品等行業[16-17]。本研究以文冠果花茶、葉茶和鮮葉為研究材料，采用GC-IMS法對其揮發性成分差異進行分析，以期為文冠果茶的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

鮮葉（XY）：2份，2021年5月份采集自山東省淄博市山東林昱宏文冠果股份有限公司文冠果無性系采茶園；葉茶：2021年山東林昱宏文冠果股份有限公司和山東省濰坊市山東沃奇農業開發有限公司加工

參考金文剛等[18]的方法，經多次對上樣量、載氣流量等優化后獲得頂空進樣條件：取1 g樣品于20 mL頂空進樣瓶中，80℃孵化20 min，孵化轉速500 r/min，樣品揮發物頂空進樣500 μL，用GC-IMS儀Flavour－Spec進行測試。載氣N（2純度≥99.999%）；進樣針溫度90℃；FS-SE-54-CB-1色譜柱（15 mm×0.53 mm，1 μm）；載氣流量：0～20 min，2 mL/min；20 min～21 min，100 mL/min。IMS條件：漂移管長度98 mm；漂移管溫度45℃；漂移氣為N（2純度≥99.999%）；漂移氣流速150 mL/min；β射線，3H為放射源；正離子化模式。

1.3.2 數據處理

通過儀器自帶分析軟件Laboratory Analytical Viewer（LAV）中插件Reporter和Gallery Plot分析茶葉樣品中揮發性成分的差異譜圖，并進行GC-IMS指紋圖譜的對比；利用GC×IMS Library Search Software軟件（內置NIST2014、IMS數據庫）并結合保留時間（retention time，Rt）、保留指數（retention index，RI）對檢出的揮發性成分進行數據匹配并分析，部分化合物以標準物質對其進行鑒定分析，同時參考相關文獻數據對揮發性成分進行定性分析。通過插件Dynamic PCA對樣品進行主成分分析。揮發性成分含量為歸一化后的相對峰制作各2份，分別命名OCY和CY；花茶（H）：2份，2021年山東林昱宏文冠果股份有限公司加工制作。

1.2 儀器與設備

GC-IMS（FlavourSpec1H1-00053型）：德國 G.A.S公司；自動進樣裝置（CTC-PAL）：瑞士CTC Analytics AG公司；毛細管柱（FS-SE-54-CB-1 15 m ID，0.53 mm）：美國Restek公司。

1.3 方法

1.3.1 GC-IMS測定條件面積（%），最終結果以兩次數據的平均值進行分析。

2 結果與分析

2.1 文冠果鮮葉、葉茶和花茶揮發性成分氣相離子遷移譜圖分析

使用GC-IMS儀器LAV分析軟件中的Reporter插件生成揮發性成分氣相-離子遷移三維譜圖，見圖1。

圖1 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分氣相離子遷移圖Fig.1 GC-IMS topographic plots of volatile components in fresh leaves and teas of Xanthoceras sorbifolia

反應離子峰右側的每個點代表一種揮發性成分，顏色深淺和面積大小代表揮發性成分含量的多少，顏色越深表示物質濃度越高，反之越少[19]。從圖1可以看出，葉茶信號的漂移時間為1.00 ms～1.60 ms、離子保留時間為100 s～400 s，花茶信號的漂移時間為1.00 ms～1.80 ms、離子保留時間為100 s～700 s，花茶和葉茶差別較大，而兩種產地葉茶之間差別較小。在400 s～600 s鮮葉與葉茶的揮發性成分種類差別很大。分析發現文冠果茶和鮮葉含有83種物質。經分析獲得的各物質成分并對照自有數據庫后共鑒定出41種，包括酮類、醛類、醇類、酯類、萜烯類和雜環等，具體見表1。由于風味成分數據庫信息暫不完善導致另有暫未能定性的成分42種，這也是GC-IMS風味分析中存在的普遍性問題[20]。

表1 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分、種類及相對含量Table 1 Volatile components，types and relative contents in fresh leaves，teas and of Xanthoceras sorbifolia

續表1 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分、種類及相對含量Continue table 1 Volatile components，types and relative contents in fresh leaves，teas and of Xanthoceras sorbifolia

續表1 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分、種類及相對含量Continue table 1 Volatile components，types and relative contents in fresh leaves，teas and of Xanthoceras sorbifolia

2.2 文冠果鮮葉、葉茶和花茶揮發性成分氣相離子遷移指紋圖譜分析

用LAV軟件中Gallery Plot插件生成離子遷移色譜指紋圖譜，結果見圖2。

圖2 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分氣相離子色譜指紋圖譜Fig.2 The fingerprint of volatile components in fresh leaves，teas and of Xanthoceras sorbifolia

從圖2可以看出，不同文冠果茶和鮮葉揮發性成分組分差異較大，葉茶、花茶、鮮葉的揮發性成分分布不同，各自有特征峰區域，但也存在共同的區域。鮮葉的特征性物質主要集中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區和Ⅳ區，包括反式-2-壬烯醛、2，4-辛二烯醛、β-羅勒烯、2-庚酮、己醛、丁醇、正戊醇、反式-2-戊烯醇、丁酸乙酯、糠酸甲酯、反式-2-己烯-1-醇、2，5-二甲基呋喃、乙酸乙酯和21種未知成分。葉茶的特征性物質主要集中在Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ區，葉茶（OCY）包括二氫-2（3H）-呋喃酮、3-羥基-2-丁酮、2，3-丁二醇等物質，葉茶（CY）包括異戊醛、異丁醛、纈草酸、苯乙醛和苯乙酮等物質。花茶的特征性物質主要集中在Ⅳ、Ⅷ區和Ⅸ區，包括過氧化乙酰丙酮、（2E，4E）-2，4-辛二烯醛等物質，種類和含量差異較大。

2.3 文冠果鮮葉、葉茶和花茶揮發性成分主成分分析

用LAV軟件中的Dynamic PCA插件，進行主成分分析（principal component analysis，PCA），結果如圖3所示。

圖3 文冠果鮮葉、茶中揮發性成分PCA分析圖Fig.3 PCA analysis of volatile components in fresh leaves，teas of Xanthoceras sorbifolia

由圖3可知，主成分1貢獻率為63.0%，主成分2貢獻率為22.0%，主成分1、主成分2的總貢獻率為85.0%，表明包含了文冠果樣品的大部分信息，較好反映了不同文冠果樣品之間揮發性成分差異的影響因素[21]。基于揮發性成分不同，PCA可將葉茶、花茶、鮮葉顯著區分，表明葉茶和鮮葉的揮發性成分發生了很大的變化，葉茶、花茶的風味存在較大差異，兩種不同產地的葉茶風味相近但仍有一些差別。

2.4 文冠果茶揮發性成分差異對比分析

文冠果鮮葉、茶中各揮發性成分比例分析見圖4。

圖4 文冠果鮮葉、茶中各揮發性成分比例帶狀圖Fig.4 Band chart of the proportions of volatile components in fresh leaves，tea of Xanthoceras sorbifolia

從圖4可以看出，文冠果鮮葉、葉茶和花茶揮發性成分中已知成分占各揮發性成分總體積的69.2%～74.8%。文冠果茶及鮮葉中，以酯類、酮類、醛類為主，鮮葉中酯類占比最高，約占揮發性成分總體積的27.2%，花茶中醛類占比最高，約占揮發性成分總體積的26.7%。對鮮葉進行加工后，揮發性成分總體積減少，約為原體積的55.5%～61.1%，其中酮類相對穩定，而酯類減少最多。葉茶（OCY）已鑒定成分中，酮類占比最高，約占揮發性成分總量的26.2%，其次是醛類（24.8%）、醇類（9.6%），萜烯類和酯類含量低于10%；葉茶（CY）與葉茶（OCY）相似，均為酮類最高，其次是醛類，其他成分含量低于10%。

2.4.1 加工工藝對改變文冠果葉茶揮發性成分的影響

比較發現，加工不但對揮發性成分的含量會產生較大影響，對揮發性成分的種類也有影響。以鮮葉（XY）中各成分的量標準化為100%，做鮮葉與葉茶（OCY）揮發性成分對比圖，如圖5所示。

圖5 文冠果鮮葉加工前后揮發性質成分對比Fig.5 Comparison of volatile components in fresh leaves of Xanthoceras sorbifolia before and after processing

在對鮮葉加工后，2-乙酰基呋喃、2，3-丁二醇、糠醛等顯著增加到原有量的8倍以上，二氫-2（3H）-呋喃酮、異亞丙基丙酮、2-甲基丁酸、苯乙醛、乙二醇丁醚、3-羥基-2-丁酮、環己酮和3-（甲基硫代）丙醛與原有含量相比顯著增加，相差3倍～7倍，1-五烯-3-醇、2-糠酸甲酯含量變化不大；正丁醇、（E）-β-羅勒烯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、2-庚酮、反式-2-戊烯醇、庚醛、反式-2-己烯-1-醇、2，5-二甲基呋喃和乙酸葉醇酯含量降至原含量的20%以下，含量大幅度減少。花茶揮發性成分與胡楊等[15]的鮮花氣體成分分析結果對照，發現鮮花與花茶的成分存在顯著不同，除反式-2-壬烯醛、壬醛、芳樟醇、1-辛烯-3-醇等少量物質重合外，酮、醛、醇、酯類等均有不同。不排除由于分析溫度不同、GC-IMS中為未定性成分的存在等干擾因素，導致高級萜烯不能揮發并檢測，但仍可說明加工對花茶的揮發性成分影響顯著。

2.4.2 不同產地和種類文冠果葉茶揮發性成分差異分析

不同產地和種類文冠果茶揮發性成分含量對照見圖6。

圖6 不同產地和種類文冠果茶揮發性成分含量對照Fig.6 Comparison of the content of volatile components in different origins and types of Xanthoceras sorbifolia tea

圖6A為葉茶（OCY）、葉茶（CY）揮發性成分對比分析，發現葉茶（OCY）過氧化乙酰丙酮、反式-2-壬烯醛、反式-2-己烯-1-醇、正戊醇、2-乙酰基呋喃酮和異亞丙基丙酮含量占比大，其中過氧化乙酰丙酮、反式-2-壬烯醛含量較高；葉茶（CY）異丁醛、2，3-丁二醇、乙酸葉醇酯、苯乙醛和壬醛含量占比大，其中2，3-丁二醇和異丁醛含量較高，過氧化乙酰丙酮、反式-2-壬烯醛含量較少。說明兩產地葉茶存在較明顯的差別，這可能是導致兩種葉茶風味不同的原因。

圖6B為葉茶（OCY）、花茶揮發性成分對比分析，發現花茶中過氧化乙酰丙酮、反式-2-壬烯醛、反式-2-己烯-1-醇、（E）-β-羅勒烯、2-糠酸甲酯明顯高于葉茶。葉茶中乙酸葉醇酯、2，3-丁二醇、異丁醛、苯乙醛和壬醛則明顯高于花茶。

3 討論與結論

本研究采用GC-IMS對文冠果茶揮發性成分變化分析，為揭示文冠果茶獨特風味形成及加工調控提供了參考。產地對文冠果茶揮發性成分差異可能來源于兩方面，一是兩地采用不完全相同的品種或無性系資源作為茶葉原料，二是兩地氣候、地理上存在差異。每年淄博地區文冠果展葉、開花的時間較濰坊地區早10 d～15 d，導致葉茶原料采收期不完全一致，可能導致風味物質積累的不同。制茶工藝極大地改變了文冠果茶的揮發性成分，這與黃大茶的制作有很大區別[22]，各揮發性成分從原料到成品，物質成分變化不大，但物質成分的量有較大變化。加工工藝的差異對文冠果茶風味的影響還需要進一步分析。

芳樟醇氧化物B、芳樟醇氧化物D、芳樟醇、2-己烯醛、3-壬烯-2-酮、δ-辛內酯、1-戊烯-3-醇、香茅醛對白茶清香的貢獻較大[23]，芳樟醇是多數植物揮發油的主要成分，它具有抗氧化活性和抗菌的功能[24]。文冠果花茶中芳樟醇含量較多，而葉茶中較少，可能是花茶比葉茶更加清香的原因。另外，花茶中2-糠酸甲酯含量最高，糠酸甲酯具有果香味，這對花茶的香味起到重要作用。花茶比葉茶含有更多的苯乙醛、乙酸乙酯和異戊醛，苯乙醛有著甜堅果的味道、乙酸乙酯有似香蕉-蘋果的香味、異戊醛有蘋果清香，因此花茶比葉茶清香的原因可能是這些化合物發揮了作用[25]。而葉茶中2，3-丁二醇含量高，有著黃油、奶香的氣味，且葉茶中香蕉味的異丁醛含量遠遠高于花茶。在對鮮葉加工后，微苦澀的正丁醇、乙酸乙酯含量降至原有含量的20%以下，加工后的文冠果茶苦澀味道減輕，更適宜飲用。有研究發現萜烯類物質是綠茶中花果香重要的物質基礎，參與構成栗香中花果香，文冠果茶中烯類物質很少，相較于綠茶，文冠果茶缺少濃果香味。文冠果茶風味的形成包括揮發性成分和非揮發水溶性成分，本文僅對易揮發性成分進行測定，從弱極性成分中找到一些差異[26-27]。

經GC-IMS分析，文冠果葉茶中，酮、醛、醇、酯類是文冠果揮發性成分的主要成分，酮類占比最高。對鮮葉進行加工后，正丁醇、（E）-β-羅勒烯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、2-庚酮、反式-2-戊烯醇、庚醛、反式-2-己烯-1-醇、2，5-二甲基呋喃和乙酸葉醇酯含量大幅度減少。花茶與葉茶相比風味明顯不同，其過氧化乙酰丙酮、反式-2-壬烯醛、反式-2-己烯-1-醇、（E）-β-羅勒烯和2-糠酸甲酯含量大。該研究還建立了文冠果茶揮發性成分的氣相離子遷移指紋信息模型庫，為文冠果茶的加工與改進提供了參考。